循环水冷却器设计(一)

书目

设计书目.....................................1

-设计任务书..................................3

二物性参数的确定...............................4

三设计方案的确定...............................4

1选择换热器的类型.............................4

2流程支配...................................5

四估算传热面积................................5

1换热器的热负荷.............................5

2平均传热温差.............................6

3传热面积..................................6

五工程结构尺寸...............................7

1管径和管内的流速..........................7

2管程数和传热管数..........................7

3平均传热温差校正及壳程数..................7

4传热管排列和分程方法...................8

5管体内径................................8

6折流板..................................8

7其它附件...................................9

8接管.....................................

六换热器的核算..................................<

1传热实力的核算.............................9

①管程传热膜系数..........................9

②污垢热住和关闭热阻.......................10

③壳程对流传热膜系数«....................10

④总传热系数K..........................................................11

⑤传热面积裕度.............................11

2换热器内流体的流淌阻力....................12

校核①管程流体的阻力

②壳程流体的阻力

七换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表........13

八设备参数的计算..............................14

1壳体壁厚..................................14

2接管法兰...................................15

3设备法兰...................................15

4封头管箱...................................15

5设备法兰用垫片.............................15

6管法兰用垫片.............................16

7管板......................................16

8支垫......................................16

9设备参数总表.............................16

九参考文献......................................17

十学习体会与收获...............................18

十一重要符号说明...............................20

一.设计任务书

化工原理课程设计任务书

专业过程装备与限制工程

班级

姓名设计题目循环水冷却器设计

设计条件1设备处理量74T/h

2循环水入口温度55摄氏度出口温度4()摄氏度

3冷却水入口温度20摄氏度出口温度4()摄氏度

4常压冷却热损失5%

5两侧污垢的热阻0.00017(m2℃)/W

6初设k=900W/(m℃)

设计要求

1设计满意以，条件的换热器并写出设计说明

2依据所选换热器患处设备装配图

指导老师

二计算物性参数

1、定性温度下两流体的物性参数

且在多程换热器中，这种方法不能照看到管子的相对移动。由此可

见，固定管板式换热器比较适合用于温度不大或较大但壳程压力不

高的场合，所以此设计易选用固定管板式换热器。

固定管板式换热器

2.流程支配：

由于是常温冷却，并且循环水相对比较干净，所以选择循环水

走管间，冷却水走管内，既有利于冷却水冷却效率，也可借助于外

界温度加速循环水冷却。

四.估算传热面积

1.换热器的热负荷：

Q=团，4

=74000X4.174X(55-40)X95%

=4.401X106kg/h

=1222.5kw

2.平均传热温差(对流传热)：

冷却水用量:

4.401xlQ6

叱隹=105312.3^//?

4.179x(30-20)

3.传热面积:

3

Q1222.5xlO“e2

Sc=上,=-----------=60.59m2

KN900x22.42

考虑15%的面积裕度:

S=60.59xL15=69.8W

五.工程结构尺寸

1.管径和管程流速:

选用。25x2.5传热管，取管内流速/j=L2〃2/s

2.管程数和传热管数

依据传热管内径和流速确定单程管传热管数

按单管程计算，传热总管长度为:

L69.8

=』=11.46m

必23.14x0.025x78

现在取传热管长/=则该换热器的管程数为:

N〃=^=生竺《2（管程）

/6

传热管总跟数：N=78x2=156（根）

3.平均传热温差校正及壳程数

平均传热温差校正系数

R=^0=1,5

30-20

n30-20”

P=--------=0.4

55-20

按单壳程双管程结构，查表得：

%=0.82

平均传热温差：

At,n=^AtAtw=0.82x22.42=18.38℃

4.传热管排列和分程方法

采纳组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采纳正

方型排列，取管心距tnL及d。

贝I」『1.25X25—31.25=32(mm)

隔板两侧相邻管心距为："c=*(5)

通过管束中心线的管数：=119万=1.197156=15(根)

5.壳体内径

采纳多管程结构，取管板利用率〃二0,7,则壳体内径为：

D=1.05t^/=1.05x32V156/0.7=5()1.6(加%)

圆整可取：D=600(mm)

6.折流板

采纳弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内经的25%,

则切去的圆缺高度为：

h=0.25X600=150(mm)

取折流板间距B=0.3D,则B=0.3X600=180(mm)IXB=200(mm)

折流板数：「黑一「29(块)

7.附件：选取拉杆直径为12mm,拉杆数量为4根，壳程入口应设

置防冲挡板。

8.接管

管程流体进出口接管：取接管内冷却水流速为：u=2m/s

匕4x105312.3/996.9x3600二。⑶加

则接管内径:V7aiV3.14x2

壳程流体进出口接管：取接管内循环水流速为：u=2m/s

4V4x74000/989,1x3600八…

a=J—=J--------------------------------=0.115m

则接管内径；V7TLIV3.14x2

所以取标准管：壳程接管：例27x4.5,管程接管：刎46x4.5。

六.换热器的核算

L传热实力核算

①管程传热膜系数:

804

az=0.23—Re.°-Pr-

4

管程流速截面积：

S.=->d：•工=0.075x0.022x—=0.295m2

4'N”2

管程流体速度：

1053123/3600x996.9

=0.995m/5

0.0295

0.02x0.995x996.9

4==21969

0.903x10-3

4.179xl()3xO.9O3xlO-3

=6.2

0.6083

a,=0.023xx21969°8x6.2°4=4317.1W/苏・°C

'0.02

②污垢热阻和管壁热阻

污垢热阻：Rsi=0.00017(m2℃)AV

Rso=0.00017(m2<>C)/W

管壁导热系数：^=50W/m℃

6=0>0025=OOooo5m.℃/W

③壳程对流传热膜系数:

055

^()=0.36—Re0Pr%(4严4

de4，

2

4(—x0.0322-0785x0.025)

d=---------------------------------------=0.020m

03.14x0.025

S°=0.20x0.60(1-^||)=0.02625m

74°叫36OOx989.Jo.792血s

0.02625

0.020x0.792x989.1_

Re。=,4l/o

0.000648

4.174X103X0.648X10-3…

Pr0=-----------------------------=4.20

0.6443

(〃/4,严八1

粘度校正

05552

a=0.36X86443X24178x4.2x1=4819.3W/(m℃)

()0.02

④总传热系数K：

]

K=­r

ndobcl「1

+R$i—1---------HR、+

4叫凡a。

1

0.025八八八八Ir0.0250.0025x0.025

------------+0.00017--------+-------------------+0.00017+------

4317.1x0.0200.02050+0.02254819.3

1069.4W/3c

⑤传热面积:

Q1222.5xlO32

S=------=------------------=62.20m

K\t,n1069.4x18.38

实际传热面积，：

Sp=7id0LN,=3.14x0.025x6x156=73.48加2

面积裕度：

H=S/'SX]00%=73.48—62.2()X]00%=]8[4%

S62.20

2换热器内流淌的流淌阻力

①管程流淌阻力：

ZM=(M+△鸟)EN,N〃

Ns=\N=2耳=1.5

△P'=%g3P2=V

为2

由Re=21982,传热管相对粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄

图得Xi=0.033w/m•°c|ii=0.995m/sp=996.9kg/m3,

所以

△P尸0.033x(6/0.02)x(0.9952x996.9/2)=4885.43Pa

22

△P2=^pn/2=3x996.9x0.995/2=1480.43Pa

Z州=(4885.43+1480.43)x1.5x2=19097.584

管程流淌阻力在允许范围之内。

②壳程阻力：

,1

^△Po=(△PI+AP2)FtNsFt=lNs=l

流体经管束的阻力:

2

△Pi'=F/onc(NB+l)p|i/2

F=0.5/O=5X24178-°-228=O.5OO7

nc=15

NB=29|io=O.792m/s

△Po=O.5xO.5OO7x15x(29+1)x0.7922x989.l/2=34947.2Pa

流体经过折流板缺口的阻力损失：

△P2=NB(3.5-2B/D)(?P/2B=0.20D=0.60

2

△P2=29(3.5-2xO.2/O.6)xO.792x989.1/2=25459.2Pa

总阻力损失：

△P总=34947.9+25459.2=60407.1Pa

壳程流淌阻力在允许范围内。

七.换热器主要结构尺寸和计算结果表

管程壳程

流率kg/h740001108680.6

温度°C进/出20/3055/40

压力MPa<1.6<1.6

定性温度℃25℃47.5℃

物密度kg/m3996.9989.1

热容

407194.174

kJ/(kg/C)

性粘容Pa.s90.25X10-'64.8X105

导热系数60.83X10564.43X1C5

W/(m℃)

普兰特数6.323.74

型式固定管板式台数1

壳体内径

600壳层数1

mm

设

管径0)25X2.5管心距32

备

结管长6000管子排列△

构管数目（根）156折流板数29

参

传热面积m262.20折流板距200

数

管程数2材质碳钢

接管壳程内

①127X4.5接管管程内径①146X4.5

径

主要计算结果管程壳程

流速m/s0.9950.792

传热膜系数

4317.14819.3

w/m2•℃

污垢热阻m2・℃/w0.000170.00017

阻力损失0.0190.025

热负荷kw1222.5

传热温差℃18.38

传热系数w/m2,℃1069.4

裕度18.14%

A.设备参数计算

1.壳体壁厚

Sc=PDi/2[&]l0)-P=1.6X600/2X113X0.9-1.6=4.76mm

C=l.24mm

Sc=Sc+C=6mm

2.接管法兰

管子平焊法兰螺栓焊缝

Dg重量数

dHSDDiD2fbd直径KH

(kg)量

1251334235200178310181.988M1656

15()1594.5260225202312182.628M1656

2.设备法兰

法

兰

数

DDDDDbaad规格重

Dg量

量

60073069065564564340151323M202835.1

4.封头管箱

封头：以外径为公称直径的椭圆形封头

内表面积F

公称直径Dg曲面高度hi直边高度h容积v(n?)

2(nf)

600150400.4640.396

5.设备法兰垫片(橡胶石棉板)

公称直径Dg垫片内径d公称压力F(m2)垫片外径D

60061516655

6.管法兰用垫片

法兰公称压

介质温度密封面型式垫片名称材料

力Mpa

冷却水W1.6W60光滑橡胶垫片橡胶板

循环水W1.6W60光滑橡胶垫片橡胶板

7.管板

管板厚度30,长度666,材料为16MnR。

8.支垫(鞍式支座)

每个支

公称直Ki重量

座允许biLB1bm

径Dg(kg)

负荷t

60036.81805501202604209022026.3

9,设备参数总表

序

号图号标准名称数量材料单重(kg)总量(kg)

1LNQ-001-3前瑞管箱1组合件84.5

法兰

2HG205922Q235-B2.625.24

PL100-1.0RF

接管中108X5

3GB8163-872Q235-B

L=160

4LNQ-001-2折流板29Q235-A7.5217.5

筒体

51Q235-B278

DN127X4.5

6LNQ-001-2拉杆4Q235-B4.216.8

7GB/T6170螺母M1684级0.040.32

8LNQ-001-3法兰1201187

垫片

石棉橡

90)642/0)60040.3

胶板

S=3

JB/T4701-200法兰

101Q235-B40.8

0-FM600-1.0

筒体

11DN600X81Q235-B16.8

L=I40

JB/T封头EHA

121Q235-B17

4746-2002600X5

换热管

0Crl8N

13GB/T14976①25X2.5,1563.4530.4

i9

L=6000

Q235-A

14JB/T4712-92支座500-S2/Q235-26.3

B

法兰

15JB/4701-20001Q235-B29.5

-FM500-1.0

16SYJ11-65垫片2橡胶板().150.3

17LNQ-001-3防松吊耳2Q235-B0.080.16

18LNQ-001-2管板116MnR65

19GB/T6170螺母M201286级0.0648.2

螺栓

20JB/T4707626.8级0.3320.46

M20XI50-A

21SYJ11-65垫片1橡胶板0.3

九.参考文献

1夏清陈常贵主编.化工原理（上、下）.天津：天津高校出版

社，2005

2化工原理教研室选编.化工原理课程设计.齐市：齐大，2008

3大连理工高校化工原理教研.化工原理课程设计.大连：大连理

工高校出版社，1996

4匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.北京：化

学工业出版社，2002

5上海医药设计院编写.化工工艺设计手册（上、下）.北京：化

学工业出版社，1986

6柴诚敬等.《化工原理课程设计》.天津：天津科学技术出版社,

1995

7谭慰主编.化工设备设计基础.天津：天津高校出版社，2000

8刑晓林主编.化工设